JP5790773B2 - ハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、直噴エンジンを備えているハイブリッド車両のエンジン始動時の制御に関するものである。

(a) 気筒内に燃料を直接噴射する直噴エンジンと、(b) その直噴エンジンを動力伝達経路に対して断接するクラッチと、(c) 少なくとも電動モータとして機能する回転機と、を有し、(d) 前記直噴エンジンおよび前記回転機を同時にまたは別々に駆動力源として用いて走行できるとともに、その直噴エンジンの停止時に何れかの気筒内に燃料を噴射して点火することによりその直噴エンジンを始動する着火始動が可能なハイブリッド車両が知られている。特許文献１に記載のハイブリッド車両はその一例で、回転機のみを駆動力源として走行するモータ走行中に摩擦クラッチを接続（摩擦係合）して直噴エンジンのクランク軸を回転させ、膨張行程の気筒のクランク角度が所定範囲内となるように調整することにより、エンジン始動時に、その膨張行程の気筒内に燃料を噴射して点火する着火始動の技術が記載されている。また、着火始動によりエンジン回転速度が上昇し、回転機の回転速度と略同じになったら（同期したら）、クラッチを接続してモータトルクをエンジントルクにすり替えるようになっている。

なお、直噴エンジンのフリクションが小さい場合など、上記着火始動だけでエンジンを自力で始動できる場合があるが、必要に応じてエンジン始動時にクラッチを接続して回転機でアシスト（トルク保障）することも可能で、着火始動によりアシストトルクを大幅に低減できる。これにより、回転機の最大トルクが低減されて小型化や低燃費化を図ることができる。

特表２００９−５２７４１１号公報

しかしながら、このように着火始動によりエンジン回転速度が上昇し、回転機の回転速度と略同期したらクラッチを接続する場合、その接続タイミングのずれによりエンジンが吹き上がったり、その後のクラッチの係合に伴うエンジン回転速度変化等で接続ショック（駆動力変動）が発生したりして、ドラビリ性能や乗り心地が損なわれる可能性があった。着火始動の場合、クラッチが解放されているか所定のアシストトルクが得られるように比較的小さな係合トルクでスリップ係合しているだけであるため、例えばクラッチを接続する前にエンジンのトルクダウン制御を実施すると、エンジンが自立回転できなくなって失速する恐れがある。これを防止するためにクラッチの係合トルクを大きくすると、回転機によるアシストトルクが大きくなって燃費が損なわれるなど、着火始動によるメリットが阻害される。

図８および図９は、未だ公知ではないが、図１に示すハイブリッド車両１０のエンジン始動時制御に関する各部の作動を説明するタイムチャートの一例である。図８は、時間ｔ１で直噴エンジン１２の着火始動が開始され、エンジン回転速度ＮＥが上昇してモータジェネレータＭＧの回転速度ＮＭＧと略同期したらＫ０クラッチ３４を接続する場合に、その接続タイミングの判定時間ｔ２が遅れ時間tdelayだけ遅れた場合で、エンジン回転速度ＮＥのオーバーシュート（吹き上がり）およびその後のＫ０クラッチ３４の係合（Ｋ０トルクの上昇）により接続ショック（出力軸トルクの変動）が発生した場合である。また、図９は、Ｋ０クラッチ３４を接続する前に直噴エンジン１２のトルクダウン制御を実施した場合で、接続タイミングの判定時間ｔ２が遅れ時間tdelayだけ遅れることによりエンジン回転速度ＮＥが低下し、その後のＫ０クラッチ３４の係合により接続ショック（出力軸トルクの変動）が発生した場合である。これ等の図中の「Ｋ０トルク」は、Ｋ０クラッチ３４の係合トルクで、破線は指令値、実線は実トルク値である。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、直噴エンジンがクラッチにより動力伝達経路に対して断接されるハイブリッド車両において、着火始動により直噴エンジンを始動した後にクラッチを接続する際のドラビリ性能や乗り心地を改善することにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、（ａ）気筒内に燃料を直接噴射する直噴エンジンと、（ｂ）その直噴エンジンを動力伝達経路に対して断接するクラッチと、（ｃ）少なくとも電動モータとして機能する回転機と、を有し、（ｄ）前記直噴エンジンおよび前記回転機を同時にまたは別々に駆動力源として用いて走行できるとともに、その直噴エンジンの停止時にピストンが膨張行程で停止している何れかの気筒内に燃料を噴射して点火することによりその直噴エンジンを始動する着火始動が可能なハイブリッド車両において、（ｅ）前記直噴エンジンを着火始動した後に前記クラッチを接続する際に、エンジン回転速度の上昇過程においてそのエンジン回転速度がそのクラッチを挟んだ動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下するように、そのエンジン回転速度と動力伝達経路側回転速度との速度差に基づいて、その速度差が小さい場合は速度差が大きい場合に比べてエンジントルクを低下させることを特徴とする。

第２発明は、第１発明のハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置において、前記エンジントルクを前記速度差に応じて低下させることができない場合、前記クラッチの係合トルクで前記直噴エンジンの吹き上がりを抑制することを特徴とする。

第３発明は、第１発明のハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置において、前記エンジントルクを前記速度差に応じて低下させることができない場合、前記直噴エンジンの筒内空気量がスロットル弁開度に応じて定まる安定状態となるまで前記クラッチの接続を待機することを特徴とする。

第４発明は、第１発明のハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置において、前記直噴エンジンを着火始動した後に前記クラッチを接続する際に、エンジン回転速度の上昇過程においてそのエンジン回転速度がそのクラッチを挟んだ動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下し、前記速度差が０になったら前記エンジン回転速度が一定に維持されるように、その速度差に応じて前記エンジントルクを低下させることを特徴とする。

このようなハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置においては、直噴エンジンを着火始動した後にクラッチを接続する際に、エンジン回転速度の上昇過程においてそのエンジン回転速度が動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下するように、そのエンジン回転速度と動力伝達経路側回転速度との速度差に基づいて、その速度差が小さい場合は速度差が大きい場合に比べてエンジントルクが低下させられるため、クラッチの接続タイミングのずれに拘らず直噴エンジンの吹き上がりや接続ショックが抑制され、ドラビリ性能や乗り心地が向上する。また、速度差に応じてエンジントルクが低下させられるため、速度差の変化に拘らず一律にエンジントルクを低下させる場合に比較して、直噴エンジンの自立回転不能による失速等が適切に回避される。

第２発明では、エンジントルクを速度差に応じて低下させることができない場合、例えば遅角制御でエンジントルクを低下させる場合にスロットル弁開度に応じて定まる遅角下限トルクに達した場合等には、クラッチの係合トルクで直噴エンジンの吹き上がりが抑制されるため、直噴エンジンの吹き上がりを抑制しつつ駆動力変動が生じないようにクラッチを適切に接続することができる。

第３発明では、第２発明と同様にエンジントルクを速度差に応じて低下させることができない場合には、直噴エンジンの筒内空気量がスロットル弁開度に応じて定まる安定状態となるまでクラッチの接続を待機するため、バッテリーの満充電等により回転機の回生制御でトルクを吸収できない場合でも、駆動力変動を抑制しつつクラッチを接続することができる。すなわち、エンジン始動直後はサージタンク等が大気圧で筒内空気量も多く、大きなトルクが発生するが、エンジン作動状態ではサージタンク等が負圧になって筒内空気量が少なくなり、スロットル弁開度（運転者の要求出力）に応じたトルクになるため、その状態でクラッチを接続すれば、余分なトルクを吸収する必要がないのである。

第４発明では、エンジン回転速度の上昇過程においてそのエンジン回転速度が動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下し、それ等のエンジン回転速度と動力伝達経路側回転速度との速度差が０になったらエンジン回転速度が一定に維持されるように、速度差に応じてエンジントルクが低下させられるため、クラッチの接続タイミングのずれに拘らず直噴エンジンの吹き上がりや接続ショックが一層適切に抑制される。

本発明が好適に適用されるハイブリッド車両の骨子図に、制御系統の要部を併せて示した概略構成図である。 図１のハイブリッド車両の直噴エンジンを説明する断面図である。 図１の電子制御装置が機能的に備えているエンジン始動時制御手段の作動を具体的に説明するフローチャートである。 図３のフローチャートのステップＳ３〜Ｓ７に従ってエンジン始動時制御が行われた場合の各部の作動状態の変化を説明するタイムチャートの一例である。 図３のフローチャートのステップＳ３、Ｓ４、Ｓ８〜Ｓ１２、Ｓ６、Ｓ７に従ってエンジン始動時制御が行われた場合の各部の作動状態の変化を説明するタイムチャートの一例である。 図３のステップＳ４のトルクダウン下限値ＴＥｍｉｎを説明する図である。 図３のフローチャートのステップＳ３、Ｓ４、Ｓ８、Ｓ１３〜Ｓ１６、Ｓ６、Ｓ７に従ってエンジン始動時制御が行われた場合の各部の作動状態の変化を説明するタイムチャートの一例である。 着火始動により直噴エンジンを始動した後にクラッチを接続する際の接続タイミングがずれて接続ショックが発生した場合のタイムチャートの一例である。 着火始動により直噴エンジンを始動した後にクラッチを接続する際にトルクダウン制御を行った場合に、接続タイミングがずれて接続ショックが発生した場合のタイムチャートの一例である。

本発明は、直噴エンジンがクラッチにより動力伝達経路に対して断接（接続、遮断）されるパラレル型等のハイブリッド車両に好適に適用され、回転機のみを駆動力源として走行するモータ走行モードから直噴エンジンを駆動力源として走行するエンジン走行モードまたはエンジン＋モータ走行モードへ移行する場合に好適に適用される。少なくともクラッチの動力伝達経路側の部材（回転機の場合を含む）が所定の回転速度で回転している時に、直噴エンジンを着火始動するとともにクラッチを接続する場合には、本発明が適用され得る。クラッチとしては、単板式、多板式等の摩擦係合クラッチが好適に用いられる。

本発明のハイブリッド車両は、直噴エンジンおよび回転機を走行用の駆動力源として用いることが可能で、回転機としては、電動モータおよび発電機の両方の機能を択一的に用いることができるモータジェネレータが好適に用いられる。直噴エンジンは、４サイクルのガソリンエンジンが好適に用いられ、４気筒以上の多気筒エンジンを含む種々の気筒数の直噴エンジンを用いることができる。２サイクルのガソリンエンジンなど、膨張行程の気筒内に燃料を噴射して着火始動できる他の往復動内燃機関を用いることも可能である。

回転機は、クラッチを介して直噴エンジンが接続される動力伝達経路に配設されても良く、クラッチを介して回転機と直噴エンジンとが直結されるようになっていても良いが、それ等の回転機と直噴エンジンとの間に変速機構等が介在していても良い。また、直噴エンジンが前輪駆動側の動力伝達経路に接続される場合に回転機を後輪駆動側に配設するなど、直噴エンジンと回転機とを別々の動力伝達経路に配設することも可能である。

直噴エンジンの着火始動は、少なくとも何れかの気筒が膨張行程で、その膨張行程の気筒内に燃料を噴射して点火することにより始動するもので、着火始動だけで始動する場合でも良いし、クラッチをスリップ係合させて回転機や車両の運動エネルギーで直噴エンジンの回転をアシスト（クランキング）するようになっていても良い。車両の運動エネルギーでアシストする場合も、駆動力変動を抑制する上で回転機によりトルク保障することが望ましい。

本発明は、例えば第４発明のように、エンジン回転速度が動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下し、エンジン回転速度と動力伝達経路側回転速度との速度差が０になったらエンジン回転速度が一定に維持されるように、それ等の速度差（＝動力伝達経路側回転速度−エンジン回転速度）に応じてエンジントルクを低下させるトルクダウン制御手段を有し、例えばその速度差に比例してエンジントルクを制御するように構成されるが、速度差に対して非線形に或いは段階的にエンジントルクを変化させるものでも良い。このトルクダウン制御は、応答性に優れた点火時期の遅角制御が適当であるが、スロットル弁等の吸入空気量調節装置を用いて制御することも可能である。「速度差が０になったらエンジン回転速度が一定に維持されるように」する制御は、あくまでも目標で、制御の応答性や誤差によりエンジン回転速度が多少変動しても良く、吹き上がりや失速が防止されるようにエンジントルクを制御すれば良い。エンジン回転速度を一定に維持するためには、基本的にはエンジントルクが０になるようにすれば良く、何らかの負荷がある場合は、エンジン回転速度が略一定に維持されるように、必要に応じてその負荷に対応する所定のエンジントルクを発生させるようにすれば良い。第１発明の実施に際しては、少なくとも速度差が小さくなるに従ってエンジントルクを連続的または段階的に低下させるようになっていれば良い。

第２発明は、エンジントルクを速度差に応じて低下させることができない場合に、クラッチの係合トルクで直噴エンジンの吹き上がりを抑制するが、その場合には、直噴エンジンが所定のエンジントルクを発生する状態でクラッチを接続することになるため、そのエンジントルクを吸収するために回転機のトルクを低下させたり、クラッチの係合トルクで調整したりすることが望ましい。

第３発明の安定状態は、スロットル弁開度に応じた目標空気量になることを意味し、必ずしも筒内空気量が略一定になることを意味するものではない。すなわち、スロットル弁開度が運転者の出力要求量（アクセル操作量など）の変化で変化する場合は、目標空気量も変化するため、筒内空気量がその目標空気量と略同じになれば、スロットル弁開度の変化に応じて筒内空気量が変化している場合でも安定状態といえる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明が好適に適用されるハイブリッド車両１０の駆動系統の骨子図を含む概略構成図である。このハイブリッド車両１０は、気筒内に燃料を直接噴射する直噴エンジン１２と、電動モータおよび発電機として機能するモータジェネレータＭＧとを走行用の駆動力源として備えている。そして、それ等の直噴エンジン１２およびモータジェネレータＭＧの出力は、流体式伝動装置であるトルクコンバータ１４からタービン軸１６、Ｃ１クラッチ１８を経て自動変速機２０に伝達され、更に出力軸２２、差動歯車装置２４を介して左右の駆動輪２６に伝達される。トルクコンバータ１４は、ポンプ翼車とタービン翼車とを直結するロックアップクラッチ（Ｌ／Ｕクラッチ）３０を備えているとともに、ポンプ翼車にはオイルポンプ３２が一体的に接続されており、直噴エンジン１２やモータジェネレータＭＧによって機械的に回転駆動されるようになっている。モータジェネレータＭＧは回転機に相当する。

上記直噴エンジン１２は、本実施例では８気筒の４サイクルのガソリンエンジンが用いられており、図２に具体的に示すように、燃料噴射装置４６により気筒（シリンダ）１００内にガソリン（高圧微粒子）が直接噴射されるようになっている。この直噴エンジン１２は、吸気通路１０２から吸気弁１０４を介して気筒１００内に空気が流入するとともに、排気弁１０８を介して排気通路１０６から排気ガスが排出されるようになっており、所定のタイミングで点火装置４７によって点火されることにより気筒１００内の混合気が爆発燃焼してピストン１１０が下方へ押し下げられる。吸気通路１０２は、サージタンク１０３を介して吸入空気量調節装置である電子スロットル弁４５に接続されており、その電子スロットル弁４５の開度（スロットル弁開度）に応じて吸気通路１０２から気筒１００内に流入する吸入空気量、すなわちエンジン出力が制御される。上記ピストン１１０は、気筒１００内に軸方向の摺動可能に嵌合されているとともに、コネクチングロッド１１２を介してクランク軸１１４のクランクピン１１６に相対回転可能に連結されており、ピストン１１０の直線往復移動に伴ってクランク軸１１４が矢印Ｒで示すように回転駆動される。クランク軸１１４は、ジャーナル部１１８において軸受により回転可能に支持されるようになっており、ジャーナル部１１８とクランクピン１１６とを接続するクランクアーム１２０を一体に備えている。

そして、このような直噴エンジン１２は、クランク軸１１４の２回転（７２０°）で、吸入行程、圧縮行程、膨張（爆発）行程、排気行程の４行程が行われ、これが繰り返されることでクランク軸１１４が連続回転させられる。８つの気筒１００のピストン１１０は、それぞれクランク角度が９０°ずつずれるように構成されており、クランク軸１１４が９０°回転する毎に８つの気筒１００が順番に爆発燃焼させられて連続的に回転トルクが発生させられる。また、何れかの気筒１００のピストン１１０が圧縮行程の後のＴＤＣ（上死点）に達する圧縮ＴＤＣからクランク軸１１４が所定角度回転し、吸気弁１０４および排気弁１０８が共に閉じている膨張行程の所定の角度範囲θ内で停止している時に、燃料噴射装置４６によって気筒１００内にガソリンを噴射するとともに点火装置４７によって点火することにより、気筒１００内の混合気を爆発燃焼させて始動する着火始動が可能である。直噴エンジン１２の各部のフリクション（摩擦）が小さい場合には、着火始動のみで直噴エンジン１２を始動できるが、フリクションが大きい場合でも、クランク軸１１４をクランキングして始動する際の始動アシストトルクを低減できるため、そのアシストトルクを発生する前記モータジェネレータＭＧの最大トルクが低減されて小型化や低燃費化を図ることができる。上記角度範囲θは、例えば圧縮ＴＤＣから３０°〜６０°程度の範囲内が適当で、着火始動により比較的大きな回転エネルギーが得られ、アシストトルクを低減できる。８気筒エンジンの場合、圧縮ＴＤＣから８０°〜１００°程度の時にも着火始動が可能であり、上記角度範囲θは直噴エンジン１２の気筒数によって相違する。

図１に戻って、上記直噴エンジン１２とモータジェネレータＭＧとの間には、ダンパ３８を介してそれ等を直結するＫ０クラッチ３４が設けられている。このＫ０クラッチ３４は、油圧シリンダによって摩擦係合させられる単板式或いは多板式の摩擦クラッチで、油圧制御装置２８によって係合解放制御されるとともに、本実施例ではトルクコンバータ１４の油室４０内に油浴状態で配設されている。Ｋ０クラッチ３４は油圧式摩擦係合装置で、直噴エンジン１２を動力伝達経路に対して接続したり遮断したりする断接装置として機能する。モータジェネレータＭＧは、インバータ４２を介してバッテリー４４に接続されている。また、前記自動変速機２０は、複数の油圧式摩擦係合装置（クラッチやブレーキ）の係合解放状態によって変速比が異なる複数のギヤ段が成立させられる遊星歯車式等の有段の自動変速機で、油圧制御装置２８に設けられた電磁式の油圧制御弁や切換弁等によって変速制御が行われる。Ｃ１クラッチ１８は自動変速機２０の入力クラッチとして機能するもので、同じく油圧制御装置２８によって係合解放制御される。

このようなハイブリッド車両１０は電子制御装置７０によって制御される。電子制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インターフェースなどを有する所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。電子制御装置７０には、アクセル操作量センサ４８からアクセルペダルの操作量（アクセル操作量）Ａccを表す信号が供給される。また、エンジン回転速度センサ５０、ＭＧ回転速度センサ５２、タービン回転速度センサ５４、車速センサ５６、クランク角度センサ５８、およびＳＯＣセンサ６０から、それぞれ直噴エンジン１２の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥ、モータジェネレータＭＧの回転速度（ＭＧ回転速度）ＮＭＧ、タービン軸１６の回転速度（タービン回転速度）ＮＴ、出力軸２２の回転速度（出力軸回転速度で車速Ｖに対応）ＮＯＵＴ、８つの気筒１００毎のＴＤＣ（上死点）からの回転角度（クランク角度）Φ、バッテリー４４の蓄電残量ＳＯＣ、に関する信号が供給される。この他、各種の制御に必要な種々の情報が供給されるようになっている。ＳＯＣセンサ６０は、例えばバッテリー４４の充電量および放電量を逐次積算して蓄電残量ＳＯＣを求めるように構成される。上記アクセル操作量Ａccは出力要求量に相当する。

上記電子制御装置７０は、機能的にハイブリッド制御手段７２、変速制御手段７４、エンジン停止制御手段７６、およびエンジン始動時制御手段８０を備えている。ハイブリッド制御手段７２は、直噴エンジン１２およびモータジェネレータＭＧの作動を制御することにより、例えば直噴エンジン１２のみを駆動力源として走行するエンジン走行モードや、モータジェネレータＭＧのみを駆動力源として走行するモータ走行モード、それ等の両方を用いて走行するエンジン＋モータ走行モード等の予め定められた複数の走行モードを、アクセル操作量Ａccや車速Ｖ等の運転状態に応じて切り換えて走行する。変速制御手段７４は、油圧制御装置２８に設けられた電磁式の油圧制御弁や切換弁等を制御して複数の油圧式摩擦係合装置の係合解放状態を切り換えることにより、自動変速機２０の複数のギヤ段を、アクセル操作量Ａccや車速Ｖ等の運転状態をパラメータとして予め定められた変速マップに従って切り換える。

エンジン停止制御手段７６は、エンジン＋モータ走行モードからモータ走行モードへの切換時や、エンジン＋モータ走行モード或いはエンジン走行モード中の惰性走行時、減速時、停車時等に直噴エンジン１２を停止させる際の制御を行うもので、直噴エンジン１２を再始動する際に着火始動が可能なようにクランク軸１１４の停止位置を調整する。すなわち、Ｋ０クラッチ３４を遮断して直噴エンジン１２の回転を停止させる際に、停止直前或いは停止直後等にＫ０クラッチ３４を一時的にスリップ係合させてクランク軸１１４を回転させることにより、何れかの気筒１００のクランク角度Φが、着火始動が可能な前記角度範囲θ内に入るように調整する。これにより、その後のエンジン始動時に着火始動で始動することが可能となり、モータジェネレータＭＧによるアシストトルクが低減されて、モータジェネレータＭＧの小型化や低燃費化を図ることができる。

エンジン始動時制御手段８０は、例えばモータ走行モードからエンジン＋モータ走行モード、或いはエンジン走行モードへ切り換えたり、車両停止中に直噴エンジン１２を作動させるとともにモータジェネレータＭＧを回生制御（発電制御ともいう）してバッテリー４４を充電したりするために、直噴エンジン１２を始動するとともに、Ｋ０クラッチ３４により動力伝達経路に接続する際の制御を行うものである。このエンジン始動時制御手段８０は、機能的にエンジン始動手段８２、トルクダウン制御手段８４、クラッチ制御手段８６、およびトルクすり替え手段８８を備えている。

エンジン始動手段８２は、着火始動によって直噴エンジン１２を始動するもので、Ｋ０クラッチ３４をスリップ係合させて直噴エンジン１２の回転をアシストしながら着火始動を行う。図４、図５、および図７は、何れもモータ走行モードでの走行中に直噴エンジン１２を着火始動する際のタイムチャートで、時間ｔ１が着火始動開始時間であり、膨張行程の気筒１００に対する燃料噴射および点火によって着火始動を行うとともに、Ｋ０クラッチ３４を所定の係合トルク（Ｋ０トルク）でスリップ係合させることにより、直噴エンジン１２の回転をアシストする。この係合トルクの大きさは、着火始動によって直噴エンジン１２を始動できる範囲で、できるだけ低いトルクに定められる。この係合トルク（アシストトルク）と同程度だけモータジェネレータＭＧのトルク（ＭＧトルク）が高められて駆動力変動が防止されるが、十分に小さいため図では省略されている。エンジン回転速度ＮＥが所定の回転速度まで立ち上がれば、図７に示すようにＫ０クラッチ３４を解放（Ｋ０トルク＝０）しても良いが、図４および図５では、その後の接続制御の際の応答遅れを考慮してスリップ係合を継続している。

上記各タイムチャートにおける「Ｋ０トルク」の欄の破線は指令値で、実線は実トルク値であるが、Ｋ０クラッチ３４を完全係合させる最終段階で両者に差があるのは、指令値が最大値（最大油圧）を意味しているのに対して実トルク値はライン圧によって決まるためである。また、「筒内空気量」は、直噴エンジン１２の気筒１００内の空気量で、サージタンク１０３内の圧力（サージタンク圧）に対応し、エンジン始動初期には大気圧であることから筒内空気量ＫＬが多く、大きなエンジントルクを発生するが、次第にスロットル弁開度に応じた目標空気量ＫＬｔまで低下（収束）し、エンジントルクが安定する。なお、図示は省略するが、車両停止時にバッテリー充電等のために直噴エンジン１２を始動する場合は、Ｃ１クラッチ１８を解放してＫ０クラッチ３４を完全係合させ、モータジェネレータＭＧにより回転をアシストしながら着火始動を行う。

ここで、このように直噴エンジン１２を着火始動した場合には、エンジン回転速度ＮＥが上昇してモータジェネレータＭＧの回転速度ＮＭＧと略同期（略同じ回転速度）したらＫ０クラッチ３４を接続すれば良いが、同期判定の誤差やＫ０クラッチ３４の油圧の応答遅れなどで接続タイミングがずれると、直噴エンジン１２が吹き上がったり、その後のＫ０クラッチ３４の接続に伴うエンジン回転速度ＮＥの変化等で接続ショック（駆動力変動）が発生したりして、ドラビリ性能や乗り心地が損なわれる可能性がある。例えば図８に示すように接続タイミングの判定時間ｔ２が遅れ時間tdelayだけ遅れた場合、エンジン回転速度ＮＥのオーバーシュート（吹き上がり）およびその後のＫ０クラッチ３４の係合により接続ショック（出力軸トルクの変動）が発生する。図９は、エンジン回転速度ＮＥのオーバーシュートを防止するために、Ｋ０クラッチ３４を接続する前に直噴エンジン１２のトルクダウン制御を実施した場合であるが、接続タイミングの判定時間ｔ２が遅れ時間tdelayだけ遅れると、エンジン回転速度ＮＥが低下し、その後のＫ０クラッチ３４の係合により接続ショック（出力軸トルクの変動）が発生する。

これに対し、本実施例のエンジン始動時制御手段８０は、前記トルクダウン制御手段８４およびクラッチ制御手段８６により、直噴エンジン１２の吹き上がりや接続ショックを抑制しつつＫ０クラッチ３４を適切に接続するようになっている。図３は、これ等のトルクダウン制御手段８４およびクラッチ制御手段８６による信号処理を含むエンジン始動時制御の作動を具体的に説明するフローチャートで、ステップＳ３、Ｓ９、およびＳ１４はトルクダウン制御手段８４に相当し、ステップＳ６およびＳ１０はクラッチ制御手段８６に相当する。また、ステップＳ７はトルクすり替え手段８８に相当する。ステップＳ１０は吹き抑制保障手段として機能し、ステップＳ１５は筒内空気量収束判定手段として機能する。

図３のステップＳ１では、直噴エンジン１２の始動モードがＫ０クラッチ３４のスリップ係合を併用した着火始動か否かを判断する。すなわち、車両停止時にＫ０クラッチ３４を完全係合させて直噴エンジン１２を着火始動する場合は、その時点で既にＫ０クラッチ３４が完全に接続されるため、この制御を行う必要がなく、Ｋ０クラッチ３４をスリップ係合させて着火始動を行った場合にステップＳ２以下を実行する。ステップＳ２では、エンジン回転速度ＮＥが上昇して、ＭＧ回転速度ＮＭＧとの速度差（ＮＭＧ−ＮＥ）が小さくなり、その速度差（ＮＭＧ−ＮＥ）をパラメータとして定められた制限トルクＴＥｓｔ＝Ｋ（ＮＭＧ−ＮＥ）をエンジントルクＴＥが超えたか否かを判断する。制限トルクＴＥｓｔは、トルクダウン制御中のエンジントルクＴＥであり、定数Ｋは、エンジン回転速度ＮＥのオーバーシュートや接続ショックを抑制しつつＫ０クラッチ３４を接続できるように予め定められた適合値で、一定値でも良いがＭＧ回転速度ＮＭＧ等をパラメータとして定められても良い。また、エンジントルクＴＥとしては、実際の算出値を用いることもできるが、例えば筒内空気量ＫＬだけで予測したエンジントルク推定値（最大トルク）ＴＥｆｗｄを用いるのが簡便である。筒内空気量ＫＬは、サージタンク圧などから求められる。

エンジントルクＴＥ（実施例では推定値ＴＥｆｗｄ）が制限トルクＴＥｓｔ以上になり、ステップＳ２の判断がＹＥＳ（肯定）になると、ステップＳ３のトルクダウン制御を実行する。このトルクダウン制御は、エンジントルクＴＥを制限トルクＴＥｓｔすなわちＫ（ＮＭＧ−ＮＥ）に制限するもので、速度差（ＮＭＧ−ＮＥ）に比例してエンジントルクＴＥが低下させられる。すなわち、エンジン回転速度ＮＥがＭＧ回転速度ＮＭＧに近付くに従ってエンジントルクＴＥが低下し、エンジン回転速度ＮＥとＭＧ回転速度ＮＭＧとが略同じになって速度差（ＮＭＧ−ＮＥ）が略０になると、エンジントルクＴＥも略０になってエンジン回転速度ＮＥが略一定に維持される。本実施例では、点火時期の遅角制御によってエンジントルクＴＥが制限トルクＴＥｓｔに制限される。図４、図５、および図７のタイムチャートの時間ｔ２は、エンジントルクＴＥが制限トルクＴＥｓｔ以上になり、ステップＳ３のトルクダウン制御が開始された時間である。本実施例では、ＭＧ回転速度ＮＭＧが動力伝達経路側回転速度である。

次のステップＳ４では、エンジントルクＴＥ〔＝Ｋ（ＮＭＧ−ＮＥ）〕がトルクダウン下限値ＴＥｍｉｎより大きいか否かを判断する。このトルクダウン下限値ＴＥｍｉｎは、点火時期の遅角制御によって制御可能な下限トルク（遅角下限トルク）で、例えば図６に示すようにエンジン回転速度ＮＥおよびスロットル弁開度をパラメータとして定められており、全体として低回転側程高くなり、スロットル弁開度が大きい程高くなる。エンジントルクＴＥ＝Ｋ（ＮＭＧ−ＮＥ）は負にはならないため、スロットル弁開度が所定値（例えば３０％程度）以上の場合にエンジントルクＴＥがトルクダウン下限値ＴＥｍｉｎ以下になる可能性がある。そして、ＴＥ＞ＴＥｍｉｎの場合は、そのままステップＳ３のトルクダウン制御を継続できるため、ステップＳ５以下を実行するが、ＴＥ≦ＴＥｍｉｎの場合は、ステップＳ３のトルクダウン制御を行うことができないためステップＳ８以下を実行する。なお、触媒劣化の防止等のために遅角制御が禁止されている場合も、ステップＳ８以下を実行する。

ステップＳ５では、エンジン回転速度ＮＥがＭＧ回転速度ＮＭＧと略一致するか否かの同期判定を行い、同期するまでステップＳ３以下を繰り返し実行する。そして、ＮＥ≒ＮＭＧとなり、ステップＳ５の判断がＹＥＳになったら、ステップＳ６でＫ０クラッチ３４を係合制御するとともに、ステップＳ７でエンジントルクＴＥとＭＧトルクとのすり替え制御を行う。図４のタイムチャートは、このようにステップＳ３〜Ｓ７を実行してＫ０クラッチ３４が接続された場合で、時間ｔ３は同期判定に伴ってＫ０クラッチ３４の係合制御やトルクすり替え制御が開始された時間である。ステップＳ６のＫ０クラッチ３４の係合制御は、徐々にＫ０トルク（油圧）を上昇させるとともに所定の待機トルクで待機し、筒内空気量ＫＬがスロットル弁開度に応じて定まる目標空気量ＫＬｔの近傍の所定値以下まで低下したらＫ０トルクを最大値まで上昇させて完全係合させる。時間ｔ４は、筒内空気量ＫＬが目標空気量ＫＬｔの近傍まで低下した時間である。また、ステップＳ７のトルクすり替え制御は、点火時期の遅角を徐々に戻してエンジントルクＴＥを徐々に増大させるとともに、そのエンジントルクＴＥの増大に対応してＭＧトルクを徐々に低下させる。時間ｔ５は、このトルクすり替え制御が終了した時間である。

ここで、図４のタイムチャートは、前記図８や図９のタイムチャートと同様に、Ｋ０クラッチ３４の接続タイミングである同期判定が遅れ時間tdelayだけ遅れた場合であるが、ステップＳ３のトルクダウン制御によってエンジントルクＴＥが制限トルクＴＥｓｔ＝Ｋ（ＮＭＧ−ＮＥ）に制御されることにより、ＮＥ≒ＮＭＧの同期状態ではエンジントルクＴＥ≒０になる。このため、同期判定が遅れてもエンジン回転速度ＮＥが略一定に維持されて、吹き上がりが抑制されるとともに、その後にＫ０クラッチ３４が係合制御される際の接続ショックが抑制される。

前記ステップＳ４の判断がＮＯ（否定）の場合、すなわちエンジントルクＴＥがトルクダウン下限値ＴＥｍｉｎ以下になった場合に実行するステップＳ８では、蓄電残量ＳＯＣが満充電判定値ＳＯＣｍａｘ未満か否かを判断する。そして、ＳＯＣ＜ＳＯＣｍａｘの場合は、モータジェネレータＭＧの回生制御で余分なトルクを吸収することができるためステップＳ９以下を実行する一方、ＳＯＣ≧ＳＯＣｍａｘの場合は、モータジェネレータＭＧの回生制御で余分なトルクを吸収することができないため、ステップＳ１３以下を実行する。触媒劣化の防止等のために遅角制御が禁止されている時は、蓄電残量ＳＯＣに拘らずステップＳ１３以下を実行する。図５のタイムチャートは、ステップＳ９以下の制御でＫ０クラッチ３４が接続された場合で、図７のタイムチャートは、ステップＳ１３以下の制御でＫ０クラッチ３４が接続された場合である。これ等の図５、図７の時間ｔ３は、エンジントルクＴＥがトルクダウン下限値ＴＥｍｉｎ以下になってステップＳ４の判断がＮＯになった時間であり、何れの場合も時間ｔ２〜ｔ３の間は前記ステップＳ３のトルクダウン制御でエンジントルクＴＥが制限トルクＴＥｓｔに従って低下させられるが、時間ｔ３以後の制御が相違する。

ＳＯＣ＜ＳＯＣｍａｘでモータジェネレータＭＧの回生制御が可能な場合に実行するステップＳ９では、エンジントルクＴＥを前記トルクダウン下限値ＴＥｍｉｎとなるように制御する。この場合、ＮＥ≒ＮＭＧの同期状態になっても、直噴エンジン１２は所定のエンジントルクＴＥ＝ＴＥｍｉｎを発生しているため、同期の判定遅れなどでＫ０クラッチ３４の係合制御が遅れると、そのエンジントルクＴＥによってエンジン回転速度ＮＥがＭＧ回転速度ＮＭＧを超えて上昇する可能性がある。このため、次のステップＳ１０では、Ｋ０クラッチ３４をエンジントルクＴＥよりも所定の余裕値αだけ大きいトルクで係合させ、直噴エンジン１２がＭＧ回転速度ＮＭＧを超えて上昇することを防止する。余裕値αは、トルクダウン下限値ＴＥｍｉｎの誤差等を考慮して予め一定値が定められる。この場合、その係合トルクの範囲でエンジントルクＴＥがＫ０クラッチ３４を介して動力伝達経路に伝達されるため、これを相殺するようにステップＳ１１でＭＧトルクを制御する。この場合、必要に応じてモータジェネレータＭＧを回生制御する。

次のステップＳ１２では、前記ステップＳ５と同様にして同期判定を行い、同期するまでステップＳ９以下を繰り返し実行する。そして、ＮＥ≒ＮＭＧとなり、ステップＳ１２の判断がＹＥＳになったら、前記ステップＳ６のＫ０係合制御およびステップＳ７のトルクすり替え制御を実行する。図５のタイムチャートの時間ｔ４は、同期判定に伴ってＫ０クラッチ３４の係合制御が開始された時間で、この場合には、Ｋ０クラッチ３４の指令値を直ちに最大値まで上昇させてＫ０クラッチ３４を速やかに完全係合させる。また、時間ｔ５は、ステップＳ７のトルクすり替え制御が終了した時間である。

図５のタイムチャートは、前記図８や図９のタイムチャートと同様に、Ｋ０クラッチ３４の接続タイミングである同期判定が遅れ時間tdelayだけ遅れた場合で、ステップＳ９でＴＥ＝ＴＥｍｉｎに制御されることにより、ＮＥ≒ＮＭＧの同期状態になっても直噴エンジン１２はそのトルクダウン下限値ＴＥｍｉｎのトルクを発生しているが、ステップＳ１０でＫ０クラッチ３４がＴＥ＋αの係合トルクで係合させられるため、直噴エンジン１２がＭＧ回転速度ＮＭＧを超えて上昇することが防止される。また、ステップＳ１１では、そのエンジントルクＴＥ（＝ＴＥｍｉｎ）を相殺するようにＭＧトルクが調整される。これにより、同期判定遅れに拘らず、直噴エンジン１２の吹き上がりが防止されるとともに、その後にＫ０クラッチ３４が係合制御される際の接続ショックが抑制される。

前記ステップＳ８の判断がＮＯの場合、すなわちＳＯＣ≧ＳＯＣｍａｘでモータジェネレータＭＧの回生制御が不可の場合に実行するステップＳ１３では、Ｋ０クラッチ３４を解放（Ｋ０トルク＝０）する。また、ステップＳ１４では、例えばエンジン回転速度ＮＥが同期回転速度であるＭＧ回転速度ＮＭＧまで所定の勾配で上昇するように、スロットル制御等により直噴エンジン１２のトルクをフィードバック制御する。ここでは、エンジンストールしないように比較的小さな追従速度でフィードバック制御（ＦＢ制御）する。これにより、直噴エンジン１２の吹き上がりが抑制される。また、Ｋ０クラッチ３４が解放されているため、エンジントルクＴＥによって駆動力変動が生じる恐れはない。

ステップＳ１５では、筒内空気量ＫＬがスロットル弁開度に応じて定まる目標空気量ＫＬｔの近傍の所定値以下まで低下（収束）したか否かを判断し、ＫＬ≒ＫＬｔになるまでステップＳ１３以下を繰り返し実行する。そして、ＫＬ≒ＫＬｔになったらステップＳ１６でエンジントルクＴＥ＝０とし、その後、前記ステップＳ６のＫ０係合制御およびステップＳ７のトルクすり替え制御を実行する。図７のタイムチャートの時間ｔ４は、ＫＬ≒ＫＬｔの収束判定が為されてＫ０クラッチ３４の係合制御が開始された時間であり、ここでは、Ｋ０クラッチ３４の係合トルク（Ｋ０トルク）を所定の勾配で上昇させ、ある程度のトルクを持つようになる所定のタイミングで完全係合させる。また、Ｋ０クラッチ３４が所定のトルクを持つようになり、エンジン回転速度ＮＥの吹き上がりが防止されるようになったら（時間ｔ５）、ステップＳ７のトルクすり替え制御を開始する。時間ｔ６は、このトルクすり替え制御が終了した時間である。

このように、本実施例のエンジン始動時制御手段８０による直噴エンジン１２の始動時の制御においては、直噴エンジン１２を着火始動した後にＫ０クラッチ３４を接続する際に、ステップＳ３のトルクダウン制御が行われ、図４のタイムチャートに示すように、エンジン回転速度ＮＥがＭＧ回転速度ＮＭＧに近付くに従ってエンジントルクＴＥが低下するように、それ等の速度差（ＮＭＧ−ＮＥ）が小さくなるに従ってエンジントルクが低下させられる。特に、速度差（ＮＭＧ−ＮＥ）が略０になったらエンジン回転速度ＮＥが略一定に維持されるように、速度差（ＮＭＧ−ＮＥ）に比例してエンジントルクＴＥが低下させられる。このため、Ｋ０クラッチ３４の接続タイミングのずれに拘らず直噴エンジン１２の吹き上がりや接続ショックが抑制され、ドラビリ性能や乗り心地が向上する。また、速度差（ＮＭＧ−ＮＥ）に応じてエンジントルクＴＥが徐々に低下させられるため、例えば図９のトルクダウン制御のように速度差（ＮＭＧ−ＮＥ）の変化に拘らず一律にエンジントルクＴＥを低下させる場合に比較して、直噴エンジン１２の自立回転不能による失速等が適切に回避される。

また、エンジントルクＴＥを速度差（ＮＭＧ−ＮＥ）に比例して低下させることができない場合、すなわちステップＳ３のトルクダウン制御による制限トルクＴＥｓｔ＝Ｋ（ＮＭＧ−ＮＥ）が、遅角下限トルクであるトルクダウン下限値ＴＥｍｉｎに達した場合には、図５のタイムチャートに示すように、エンジントルクＴＥをそのトルクダウン下限値ＴＥｍｉｎに従って制御するとともにＫ０クラッチ３４の係合トルク（Ｋ０トルク）で直噴エンジン１２の吹き上がりを抑制するため、直噴エンジン１２の吹き上がりを抑制しつつ駆動力変動が生じないようにＫ０クラッチ３４を適切に接続することができる。

また、エンジントルクＴＥを速度差（ＮＭＧ−ＮＥ）に比例して低下させることができない場合で、且つ蓄電残量ＳＯＣが満充電判定値ＳＯＣｍａｘ以上でモータジェネレータＭＧを回生制御できない場合には、図７に示すように、エンジン回転速度ＮＥに基づいてエンジントルクＴＥをフィードバック制御するとともに、直噴エンジン１２の筒内空気量ＫＬがスロットル弁開度に応じて定まる目標空気量ＫＬｔと略同じになる収束状態まで待ってＫ０クラッチ３４を接続するため、モータジェネレータＭＧによる回生制御でトルクを吸収できない場合でも、駆動力変動を抑制しつつＫ０クラッチ３４を適切に接続することができる。すなわち、エンジン始動直後はサージタンク圧が大気圧で筒内空気量ＫＬも多く、大きなエンジントルクＴＥが発生するが、エンジン作動状態ではサージタンク圧が負圧になって筒内空気量ＫＬが少なくなり、スロットル弁開度（運転者の要求出力）に応じたトルクになるため、その状態でＫ０クラッチ３４を接続すれば、余分なトルクを吸収する必要がないのである。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：ハイブリッド車両 １２：直噴エンジン ３４：Ｋ０クラッチ（クラッチ） ７０：電子制御装置 ８０：エンジン始動時制御手段 ８２：エンジン始動手段 ８４：トルクダウン制御手段 ８６：クラッチ制御手段 ＭＧ：モータジェネレータ（回転機） ＴＥ：エンジントルク ＮＥ：エンジン回転速度 ＮＭＧ：ＭＧ回転速度（動力伝達経路側回転速度） ＮＭＧ−ＮＥ：速度差 ＫＬ：筒内空気量

Claims (4)

1. 気筒内に燃料を直接噴射する直噴エンジンと、
   該直噴エンジンを動力伝達経路に対して断接するクラッチと、
   少なくとも電動モータとして機能する回転機と、
   を有し、前記直噴エンジンおよび前記回転機を同時にまたは別々に駆動力源として用いて走行できるとともに、該直噴エンジンの停止時にピストンが膨張行程で停止している何れかの気筒内に燃料を噴射して点火することにより該直噴エンジンを始動する着火始動が可能なハイブリッド車両において、
   前記直噴エンジンを着火始動した後に前記クラッチを接続する際に、エンジン回転速度の上昇過程において該エンジン回転速度が該クラッチを挟んだ動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下するように、該エンジン回転速度と該動力伝達経路側回転速度との速度差に基づいて、該速度差が小さい場合は該速度差が大きい場合に比べて該エンジントルクを低下させる
   ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置。
2. 前記エンジントルクを前記速度差に応じて低下させることができない場合、前記クラッチの係合トルクで前記直噴エンジンの吹き上がりを抑制する
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置。
3. 前記エンジントルクを前記速度差に応じて低下させることができない場合、前記直噴エンジンの筒内空気量がスロットル弁開度に応じて定まる安定状態となるまで前記クラッチの接続を待機する
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置。
4. 前記直噴エンジンを着火始動した後に前記クラッチを接続する際に、エンジン回転速度の上昇過程において該エンジン回転速度が該クラッチを挟んだ動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下し、前記速度差が０になったら前記エンジン回転速度が一定に維持されるように、該速度差に応じて前記エンジントルクを低下させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置。

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